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闪电先导随机模式的建立与应用

任晓毓 张义军 吕伟涛 陶善昌

任晓毓, 张义军, 吕伟涛, 等. 闪电先导随机模式的建立与应用. 应用气象学报, 2011, 22(2): 194-202..
引用本文: 任晓毓, 张义军, 吕伟涛, 等. 闪电先导随机模式的建立与应用. 应用气象学报, 2011, 22(2): 194-202.
Ren Xiaoyu, Zhang Yijun, Lü Weitao, et al. Establishment and application of random lightning leader model. J Appl Meteor Sci, 2011, 22(2): 194-202.
Citation: Ren Xiaoyu, Zhang Yijun, Lü Weitao, et al. Establishment and application of random lightning leader model. J Appl Meteor Sci, 2011, 22(2): 194-202.

闪电先导随机模式的建立与应用

资助项目: 

国家自然科学基金项目 41075003

国家自然科学基金项目 40875003

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY (QX)200706022

详细信息
    通信作者:

    任晓毓, E-mail: renxy@cams.cma.gov.cn

Establishment and Application of Random Lightning Leader Model

  • 摘要: 根据地闪先导发展特征,建立了一个闪电先导的二维随机模式,并模拟研究了下行先导与避雷针或地面的连接过程。模拟得到下行先导感应电荷的数量级为10-4 C/m;下行先导出现明显的分叉,且先导接近地面时分叉逐渐增多;模拟的连接过程形态呈现多样性的特点;建筑物上的避雷针在绝大多数情况下可以有效拦截闪电下行先导,但避雷针正上方的下行先导并不是百分之百击中避雷针,远离避雷针的下行先导仍有很大概率被避雷针拦截;在下行先导与避雷针水平距离一定的条件下,建筑物越宽越矮,避雷针有效拦截闪电先导的概率就越小。
  • 图  1  先导发展示意图

    Fig. 1  Schematic of leader propagation

    图  2  一次模拟的模拟结

    Fig. 2  Simulation results for one simulation

    图  3  下行先导感应电荷的模拟结果

    Fig. 3  Simulation results of induced charge of downward leader

    图  4  先导二维随机模式16种不同情况的模拟结果

    Fig. 4  Simulation results of 16 different conditions of 2D random lightning leader model

    图  5  2009年8月24日19:08:04(北京时) 广州市1次地闪高速摄像记录

    Fig. 5  High-speed video recording of CG lightning at 19:08:04 24 August 2009 in Guangzhou

    表  1  先导二维随机模式16种模拟结果的说明

    Table  1  Description of 16 simulation results of 2D random lightning leader model

    序号 产生上行先导的位置 下行先导的连接位置
    避雷针 建筑表面 地面 避雷针产生
    的上行先导
    建筑表面产生
    的上行先导
    地面产生
    的上行先导
    地面 建筑表面
    情况1
    情况2
    情况3
    情况4
    情况5
    情况6
    情况7
    情况8
    情况9
    情况10
    情况11
    情况12
    情况13
    情况14
    情况15
    情况16
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    表  2  先导二维随机模式16种模拟结果的次数统计表

    Table  2  Numbers of 16 simulation results of 2D random lightning leader model

    下行先导
    与避雷针
    水平距离/m
    建筑尺寸
    (宽×高)
    情况
    1
    情况
    2
    情况
    3
    情况
    4
    情况
    5
    情况
    6
    情况
    7
    情况
    8
    情况
    9
    情况
    10
    情况
    11
    情况
    12
    情况
    13
    情况
    14
    情况
    15
    情况
    16
    0 40 m×30 m 76 0 17 2 0 0 0 0 0 0 0 0 2 1 1 1
    40 m×60 m 90 0 3 2 1 2 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0
    80 m×30 m 65 0 8 8 1 8 0 0 0 0 0 5 2 2 0 1
    50 40 m×30 m 76 0 12 7 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1
    40 m×60 m 92 0 3 3 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
    80 m×30 m 68 0 12 6 2 6 0 1 0 0 0 3 0 1 0 1
    100 40 m×30 m 81 0 11 3 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0
    40 m×60 m 97 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    80 m×30 m 69 0 10 5 3 6 0 0 0 0 0 5 1 1 0 0
    150 40 m×30 m 73 0 21 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    40 m×60 m 90 0 7 0 0 2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
    80 m×30 m 73 0 10 6 0 4 0 0 1 1 1 2 2 0 0 0
    200 40 m×30 m 68 0 22 7 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
    40 m×60 m 91 0 4 3 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
    80 m×30 m 62 0 15 3 3 6 1 1 0 2 0 5 1 1 0 0
    250 40 m×30 m 56 2 25 13 2 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0
    40 m×60 m 75 0 14 7 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1
    80 m×30 m 46 1 14 11 1 4 1 0 2 7 0 8 3 2 0 0
    总计 1348 3 211 89 20 43 4 2 3 10 1 33 14 12 2 5
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    表  3  先导二维随机模式3种类型模拟结果的次数统计表

    Table  3  Numbers of three type simulation results of 2D random lightning leader model

    下行先导与避
    雷针水平距离/m
    建筑尺寸
    (宽×高)
    类型一
    (连接位置:避雷针
    产生的上行先导)
    类型二
    (连接位置:建筑或
    建筑产生的上行先导)
    类型三
    (连接位置:地面或地面
    产生的上行先导)
    0 40 m×30 m 93 3 4
    40 m×60 m 95 2 3
    80 m×30 m 86 3 11
    50 40 m×30 m 90 1 9
    40 m×60 m 96 1 3
    80 m×30 m 89 2 9
    100 40 m×30 m 93 1 6
    40 m×60 m 100 0 0
    80 m×30 m 90 1 9
    150 40 m×30 m 95 0 5
    40 m×60 m 99 1 0
    80 m×30 m 89 3 8
    200 40 m×30 m 90 0 10
    40 m×60 m 97 0 3
    80 m×30 m 88 3 9
    250 40 m×30 m 82 0 18
    40 m×60 m 91 1 8
    80 m×30 m 82 6 22
    总计 1645 28 137
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-05-20
  • 修回日期:  2010-11-24
  • 刊出日期:  2011-04-30

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